CC BY
13
УДК 62-822
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-6-133-139
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГИДРОПРИВОДА ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛИЦ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ
Э.А. Оганян
Работа посвящена созданию методики расчета гидропривода подъёмного устройства для лиц с ограниченными возможностями. Рассматриваемое подъемное устройство широко применяется на автомобильном транспорте. В статье приведены результаты расчетов гидропривода при установившемся режиме работы. Получена характеристика гидропривода подъемного устройства, а также закономерности изменения скорости движения выходного звена в зависимости от нагрузки. Достоверность результатов расчетов подтверждена экспериментальными данными.
Ключевые слова: гидропривод, подъемное устройство, методика расчета, графоаналитический расчет, эксперимент.
Гидравлические приводы используют в большинстве подъемных устройств и подъемник для перемещения лиц с ограниченными возможностями с уровня земли до уровня пола автомобиля не является исключением. Использование гидравлической установки в конструкции подъемника обусловлено рядом достоинств, таких как:
- высокая удельная мощность гидропривода;
- простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;
- свобода компоновки агрегатов гидропривода;
- имеется возможность обеспечения бесступенчатого регулирования скорости выходного звена гидропривода в широком диапазоне [1, 2].
Рассматриваемый тип подъемных устройств представлен на (рис. 1).
Рис. 1. Подъемное устройство для лиц с ограниченными возможностями
На данный момент рынок подъемных устройств для создания доступной среды на транспорте общего пользования представлен следующими основными моделями:
- Силач И.101;
- Ricon k2005;
- Braun 1-800-THE-LIFT;
- Twin Arm Lifts BB.
Гидропривод подъемных устройств данной категории является однотипным и представляет собой сложную гидромеханическую систему с насосной подачей рабочей жидкости, которая включает в себя: гидробак, шестеренный насос с электрическим приводом, гидроцилиндры, трубопроводы и систему управления.
133
В данной работе разработана и апробирована расчетами методика расчета гидропривода подъемного устройства для лиц с ограниченными возможностями. При проведении расчетов использовались технические данные соответствующие подъемному устройству Ricon к2005 [3].
Предлагаемая методика включает следующие основные этапы:
- определение необходимого усилия на штоке гидроцилиндра;
- составление принципиальной схемы гидропривода;
- замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной;
- построение характеристики насосной установки;
- составление уравнения характеристики трубопровода;
- построение характеристики трубопровода и определение рабочей точки гидросистемы;
- определение эксплуатационных параметров гидропривода [4, 5].
Основным элементом методики является математическая модель, которая позволяет определить характеристики гидросистемы. При проектировании подъёмного устройства для лиц с ограниченными возможностями основными характеристиками гидропривода являются: характеристики насосной установки и гидросети вида скорость движения выходного звена (штока гидроцилиндра), мощность и КПД гидропривода.
В настоящий время математическое моделирование является одним из наиболее перспективных методов научного исследования. Математическое моделирование может быть положено в основу методики проектировочных расчетов, что позволяет сократить материальные и временные затраты по созданию новых и совершенствованию существующих подъемных устройств [6,7]. В тоже время в опубликованных работах [8-10] математическому моделированию подъемников рассматриваемого типа для людей с ограниченными возможностями уделяется недостаточно внимания.
Рассмотрим более подробно перечисленные выше этапы методики.
Для того чтобы рассчитать гидравлическую систему подъёмного устройства необходимо определить максимальное усилие на штоке гидроцилиндра с учетом структурной схемы механизма (рис. 1).
Для подъемника рассматриваемой конструкции принципиальная схема гидропривода имеет вид, показанный на рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная схема гидропривода возвратно-поступательного движения: 1 - электродвигатель; 2 - гидронасос; 3 - переливной клапан; 4 - гидрораспределитель; 5 - обратный клапан; 6 - гидроцилиндр; 7 - масляный бак
134
В данных подъёмных устройствах гидропривод состоит из двух одинаковых, синхронно движущихся гидроцилиндров. В данном случае при расчете два гидроцилиндра целесообразно заменить одним эквивалентным и рассматривать схему как простой трубопровод.
С учетом вышеизложенного, эквивалентная схема гидропривода имеет вид, показанный на рис. 3.
Ц
и
р
1
Рис. 3. Эквивалентная схема
Характеристика насосной установки строится на основании технических (справочных) данных на используемый насос [11].
Для получения характеристики гидроконтура привода подъемного устройства необходимо учесть все гидропотери в системе, суммировать их и преобразовать полученную зависимость в функцию вида [12]:
Проанализировав эквивалентную схемы, можно записать необходимую характеристику в следующем виде [12]:
Др2 =Д Ртрг +Д Рц +Д р' +Д р'р +Д р'
трЗ'
(1)
где Дрц - перепад давлений на гидроцилиндре [13]; Дртр - потери на трение в трубе [13]; Др'р - местное гидравлическое сопротивление в распределителе; Др'р - местное
гидравлическое сопротивление в распределителе.
Потери давления в нем следует оценивать по формуле Вейсбаха [14].
Слагаемые указанные в формуле 1 находятся по следующим формулам:
^ р ^ 4. р
ДРц~^~п-И2 • Лм> где - механический КПД гидроцилиндра; й - диаметр гидроцилиндра; F - усилие на штоке;
I р-У2 I 8-р дъ — л-----= 2------ о2
Ртр л а 2 л а п2- & ц ,
где Л - коэффициент гидравлического трения, величина которого определяется в зависимости от режима течения жидкости; р - плотность рабочей жидкости; I и & - длинна и диаметр трубопровода.
Режим течения жидкости в трубопроводе определяется величиной числа Рей-нольдса:
_ 4• Q п • а- V
где й - диаметр трубопровода; Q - расход рабочей жидкости; у - кинематическая вязкость рабочей жидкости.
Если Ие больше 2300, то режим течения турбулентный, если меньше - ламинарный.
Дрр = ^
8• о
О2,
п2-
где Е, — безразмерный коэффициент местного сопротивления.
Расходы до и после гидроцилиндра связаны зависимостью [14]:
Q
где и - площади поршня и штока гидроцилиндра соответственно.
Расчет производился как для полностью закруженной платформы (масса принималась равной 150 кг), так и для абсолютно пустой. Результаты расчета представлены на графике (рис. 4).
В итоге определялась рабочая точка гидросистемы для каждой поднимаемой массы. Исходя из этого можно найти необходимые эксплуатационные параметры гидропривода такие как: скорость выходного звена (штока), мощность и КПД. Скорость движения штока определяется по формуле [15]:
0.Щ 4^Qну
Уп
п-
где Sп - площадь поршня; Qну - расход насосной установки.
14,00 12.00 10.00 3.00 6.00 4,00 2,00 0,00
0,00 10,00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 30,00 90.00
р. см' с.
—Характеристика насоса *>- Характеристика трубопровода полная загрузка ■ Характеристика трубопровода мнннмальня загрузка
Рис. 4. Графики характеристики насосной установки и гидросети подъемного
устройства
Для проверки адекватности математической модели был проведен эксперимент, в котором определялась скорость движения штока гидроцилиндра. В ходе эксперимента проводились испытания гидросистемы с различной нагрузкой на подъемное устройство, которая варьировалась от 0 до 150 кг.
При проведении эксперимента использовались следующие поверенные средства измерения: штангенциркуль, секундомер и весы.
Сравнение результатов расчета и эксперимента представлено на графике
(рис. 5).
Масса, кг
-*-Расчет Эксперимент
Рис. 5. Графики изменения скорости движения выходного звена в зависимости
от массы поднимаемого груза
136
Отклонение расчетных значений скорости от экспериментальных составляет не более 5 %, что свидетельствует об адекватности математической модели.
Предложенная и апробированная расчетами методика расчета гидропривода подъемного устройства для лиц с ограниченными возможностями позволяет производить расчет гидропривода при установившемся режиме работы и определять его оптимальные характеристики.
Список литературы
1. Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод: учеб. Пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2012. 430 с.
2. Иванов В.И., Сазанов И.И., Схиртладзе А.Г., Трифонова Г.О. Гидравлика. Т 1: Гидравлические машины и приводы: Учебник для студ. учреждений высш. проф. Образования. М.: Издательский центр «Академия», 2012. 192 с.
3. Hydraulic D.C. Power Systems. Compact designs, integrated and manifold valve circuits [Электронный ресурс] URL: https://liftobzor.ru/up-load/iblock/f1a/f1a7cda28d21f48f20fbd351d0ec76ed.pdf (дата обращения: 25.03.2022).
4. Remarchuk M. Methodology for the hydraulic drive design based on the application of the systems analysis // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 2. No 7(86). P. 42-50.
5. Жуков Н.П. Гидравлический расчёт объёмного гидропривода с возвратно-поступательным движением выходного звена: метод. указания. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 32 с.
6. Сахапов Р.Л. Расчет гидропривода транспортно-технологической машины // Проблемы и инновации в области механизации и технологий в строительных и дорожных отраслях. 2016. Т. 1. С. 6-10.
7. Лобов Н.В., Хмелев Р.Н., Мальцев Д.В., Генсон Е.М. Аналитическое обоснование возможности определения массы твердых бытовых отходов, загружаемых коммунальной машиной / Строительные и дорожные машины. 2012. № 7. С. 6-8.
8. Шевчук И.А. Расчет гидропривода ножничного подъемника для людей с ограниченными возможностями // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2019. С. 4622-4628.
9. Сахапов Р.Л. Расчет гидропривода транспортно-технологической машины // Проблемы и инновации в области механизации и технологий в строительных и дорожных отраслях. 2016. Т. 1. С. 6-10.
10. Дубовик Е.А., Дерюшев В.В., Недолужко А.А., Воробьев С.С. Расчет гидропривода двухстоечного стационарного подъемника // Автомобильная промышленность. 2013. № 3. С. 27-29.
11. Hydraulic D.C. Power Systems [Электронный ресурс] URL: https://www.grainger.com/category/hydraulics/hydraulic-power-units/dc-hydraulic-power-units (дата обращения: 29.03.2022).
12. Хмелев Р.Н. Гидравлические и пневматические системы: Методические указания. Тула, 2006. 12 с.
13. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: Учебник для вузов по специальности «Гидравлические машины и средства автоматики». 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 440 с.
14. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод / под ред. А.А. Шейпака. М.: МГИУ, 2003. 352 с.
15. Бутаев Д.А, Калмыкова З.А., Подвидз Л.Г. Сборник задач по гидравлике для технических вузов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2009. 486 с.
Оганян Эдуард Артурович, студент, edikoganian@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR CALCULATING THE HYDRAULIC DRIVE OF A LIFTING DEVICE FOR PERSONS WITH DISABILITIES
E.A. Oganyan
The work is devoted to the creation of a methodology for calculating the hydraulic drive of a lifting device for persons with disabilities. The lifting device in question is widely used in road transport. The article presents the results of calculations of the hydraulic drive under steady-state operation. The characteristic of the hydraulic drive of the lifting device is obtained, as well as the regularities of the change in the speed of the output link depending on the load. The reliability of the calculation results is confirmed by experimental data.
Key words: hydraulic drive, lifting device, calculation method, graphoanalytic calculation, experiment.
Oganyan Eduard Arturovich., student, edikoganian@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
